Чем отличается атмосферный двигатель от обычного: Турбированный двигатель: что это такое?

Я думаю, вы слышали фразу: «турбина», «турбированный», «турбонаддув» и т.д. Но не все точно знают значение этих слов и почему двигатель с наддувом называют турбированным – это не всегда верно. Ведь в нем может и не быть турбины. Эту разницу рассмотрим позже, когда разберемся с самим понятием, и как работает турбомотор.

Ответим на все вопросы, возникающие в умах неискушенных автолюбителей. Я уверен, что после прочтения этого материала, вы будите самым «подкованным» в вопросе турбонагнетателей. Сможете друзьям по гаражам рассказать, чем отличается турбированный мотор от атмосферного и какие в нем плюсы и минусы. Затронем вопрос масла, какое заливать в такие силовые агрегаты.

Давайте начнем с определения, что это такое. Пойдем дальше, повышая ваш уровень знаний.

Что такое турбированный двигатель и что это значит

Вы уже знаете, что в природе существуют обычные атмосферные двигатели, MPI моторы с распределенным впрыском топлива. Те же атмосферники, но конструкторы заморочились с дополнительными форсунками на каждый цилиндр (не путаем с непосредственным впрыском). Все они работают за счет всасывания воздуха самим силовым агрегатом. Давление во впускном коллекторе атмосферное, поэтому они так называются.

В конце 19, начале 20 века многие инженеры задумывались о повышении мощности за счет сжатия воздуха, подаваемого в камеры сгорания. Некий Альфред Бюхи в 1911 году запатентовал принцип турбонаддува. Он же смог впервые осуществить принудительное нагнетание воздуха в ДВС и увеличить его мощность на 120% . С того времени началась эра турбированных моторов.

Заканчиваем с историей, переходим к физике. Горение топлива в камерах цилиндров происходит с присутствием в них воздуха. Чтобы повысить мощность, нужно больше подать в них бензина. Но большое количество «горючки» не сможет воспламениться без повышенного количества кислорода, значит, его тоже нужно увеличить. А его увеличение возможно только за счет увеличение рабочего объема цилиндра. До определенного времени так оно и было. Безразмерно росли размеры двигателей – три, четыре, шесть литров с целью наращивания лошадиных сил.

Это приводило к большому потреблению топлива, а значит повышенным выбросам вредных веществ в атмосферу. Это экологам не понравилось. Они на государственном уровне стали лоббировать запрет на многообъемные силовые агрегаты. В результате автопроизводителям запретили безразмерно «раздувать» ДВС, ввели экологические нормы. В этот момент они вспомнили про принудительный наддув воздуха.

Им пришлось научиться к моторам, с малым рабочим объемом, прикручивать турбину или компрессор. Кстати, разница между этими двумя понятиями есть, об этом я подробно писал в статье «Отличия и достоинства компрессора и турбины для автомобиля». Поэтому, не стоит путать эти два определения. Назначение одинаковые, но принципы работы разные.

Простыми словами: турбированный двигатель – это «обычный» атмосферный мотор, к которому прикрутили турбинку.

Что дает турбина

Она увеличивает мощность силового агрегата. Пусть то будет бензиновый или дизельный ДВС. Мощность и крутящий момент с одного кубического сантиметра полезного объема цилиндра, возрастает в разы, в сравнении с «атмосферниками».

Кроме возросших лошадиных сил получаем экономию топлива, а соответственно – меньше вредных выбросов. Экологи испытывают экстаз. Есть свои недостатки, о них позже. Появилась проблема «турбоямы» – когда при резком нажатии на педаль газа на низких оборотах, автомобиль рычит, но не едет. Подхват начинается, когда мотор раскручивается до 2500-3000 оборотов в минуту. Это связано с особенностями работы турбины.

Принцип работы турбонагнетателя

На гражданском автомобиле он представляет собой агрегат, состоящий из двух камер – горячей и холодной. Они герметически изолированы друг от друга. В них находится крыльчатка, лопасти вентилятора в каждой из них. Они насажены на общий вал. При вращении одной, синхронно вращается другая.

Нагнетание воздуха во впускной коллектор происходит крыльчаткой холодной части турбины. Воздух засасывается с улицы, сжимается, под давление поступает в цилиндры турбодвигателя.

Чтобы раскрутить лопасти холодной камеры, нужна энергия. А где ее взять? Догадались использовать энергию выхлопных газов. Они из выхлопного коллектора поступают в горячую часть турбинки, раскручивают крыльчатку. Она в свою очередь разгоняет лопасти холодной камеры, которые всасывают уличный воздух. Вот так, без дополнительных затрат энергии получилось принудительно надувать кислород в камеры сгорания.

Поэтому возникает эффект «турбоямы». При маленьких оборотах ДВС, скорости отработанных газов недостаточно, чтобы раскрутить крыльчатки. В холодной части не создается достаточного давления, всасывается воздуха меньше, чем необходимо. Поэтому происходит кратковременный провал мощности при резком нажатии на педаль газа. Нужно крутить мотор, чтобы он вышел на рабочие обороты, и смог «надуть» цилиндры. Скорость вращения крыльчаток турбоагрегата доходит до 100-150 тысяч об/мин.

Именно из-за того, что турбонагнетатель работает за счет энергии выхлопных газов и вращается с большой скоростью, у турбомоторов возникает ряд определенных проблем. Поэтому их многие недолюбливают, обходят стороной при покупке.

Атмосферный двигатель или турбированный – какой лучше

Для сравнения, рассмотрим достоинства и недостатки турбодвигателей. Хочу сразу сказать, что многие минусы могут быть минимизированы правильным обслуживание, соблюдением рекомендаций. Об этом поговорим позже.

Недостатки:

1. Качество топлива.
2. Качество масла.
3. Турбояма.
4. Необходимость остужать турбонагнетатель после длительной поездки на «холостых».
5. Небольшой ресурс.
6. Расход топлива и масла.

Разберем подробно каждый пункт.

1. Чем хуже бензин, тем он хуже сгорает. Так как турбина работает за счет выхлопных газов, на крыльчатке горячей части турбонагнетателя образуется нагар от несгоревшего топлива. Он со временем увеличивается, уменьшая эффективность наддува, сокращая срок службы лопастей и самого агрегата.

2. В турбированных нагнетателях используются подшипники скольжения. Они смазываются моторным маслом. Если его качество будет низкое или оно будет старое, подшипник разрушиться. Плюс ко всему высокие температуры от отработанных газов, просто могут «поджарить» его, оставив в подшипнике отличный нагар, который впоследствии «сожрет» его поверхности скольжения.

3. В последнее время инженеры научились уменьшать негативный эффект от этого явления. Используют системы с двумя турбокомпрессорами – битурбо или твин-турбо. Устанавливаются турбины с изменяемой геометрией, способные раскручиваться с самых низов.

4. Причину подробно описывал в этой статье, повторяться не буду. Знайте, дайте поработать ДВС на холостом ходу несколько минут, чтобы масло остудило подшипник и оно там не пригорело. Не рекомендуется глушить турбодвигатель сразу.

5. В некоторых случаях турбина «ходит» максимум до 150 тыс. километров пробега. Чаще её срок эксплуатации заканчивается на 100 тысячах. Большие нагрузки, температуры, да и не все соблюдают регламент обслуживания. Где-то, что-то сэкономить – вот главный девиз многих автовладельцев.

6. Это спорный вопрос. Если сравнивать турбодвигатель и атмосферный мотор одного объема, то расход у турбированного будет выше. Но и мощность будет выше, значит динамика лучше. Вы куда-то сможете поехать, а не пытаться обогнать велосипедиста всю дорогу.

7. Например. Два мотора объемом 1,4 с турбиной и без нее. У одного 150 лошадиных сил, у второго 70 лошадок. У первого расход будет выше – 6-8 литров, у второго 4-5 литра на сто километров. Но с каким двигателем вы получите больше удовольствия от вождения? Для городской езды атмосферника вполне может хватить, если кто привык ездить в стили сонной черепахи. Поэтому каждый должен для себя сам решить, атмосферный мотор или турбированный выбирать в плане экономии бензина.

8. По поводу смазочных материалов. Вопреки расхожему мнению, которое активно культивируют противники турбомоторов, исправный турбонагнетатель не «жрет» масло.

Если заметите небольшую посадку уровня на щупе, то он, возможно, садится из-за двигателя, угорает от его «высочайшего качества» или ошибок в конструкции. Помните эпопею с масложором фольксвагеновских моторов? Если турбина «подходит» к концу, тогда да, маслице через подшипник может вылетать как во впускной коллектор, засерая интеркулер, воздушные заслонки, впуск или в выпускной – привет катализатору или сажевому фильтру в случае с дизелем.

Плюсы:

1. Мощность и динамика разгона. Больше лошадиных сил с одного кубического сантиметра полезного объема двигателя.
2. Расход топлива. Если сравнивать с аналогичным атмосферным ДВС такой же мощности. Например, лошадиных сил по 150, но у атмосферника объем 2 литра, у турбированного – 1,4. Значит, последний будет меньше потреблять горючки, при одинаковой мощности. Вы будите радоваться такой же динамике, но не считать деньги на заправке.
3. Вес и размер. Маленький рабочий объем – меньше габариты и вес силового агрегата. В свое время были исследования, что если сократить массу автомобиля или его агрегатов на 50 килограмм, то расход топлива уменьшиться в пределах 1 литра на 100 километров.

А теперь делайте выводы, что для вас лучше, турбированный двигатель или атмосферный. Вам нравится быстро ездить и экономить на топливе, но тратиться больше на обслуживание, или «надежность» атмосферных лошадиных сил? Насчет последнего могу поспорить, особенно это касается моторов Киа Спортаж и Хёндай Сантафе – сто тысяч и привет – капиталка.

Рекомендуется при покупке подержанного автомобиля тщательно диагностировать турбину не предмет масленых потеков и посторонних звуков во время ее работы. Если они есть, возможно скоро придется её ремонтировать или менять.

Моторные масла

Масло для турбированных бензиновых или дизельных двигателей должно соответствовать рекомендациям завода-изготовителя авто. Не поленитесь, найдите инструкцию по эксплуатации. Там должно быть все подробно описано, начиная от  допусков, заканчивая стандартами и вязкостью.

Если таковую не нашли, то рекомендуется использовать синтетические масла вязкостью 30. Например 5W-30 или 0W-30. Обязательно смотреть допуск. Например, для турбодвигателей Skoda он составляет 502,00. На канистре обозначается 502000.

Хочется еще отметить, что вязкость изменяется от температурного режима, где оно работает. В подшипнике турбины температура достигает больших значение. Чем выше она, тем вязкость становится ниже. Значит, нам нужно масло, которое сможет сохранять свои характеристики при температурах выше 100 градусов.

За это отвечает критерий «кинематическая вязкость». В 0W-40 она составляет 12,5. Вязкость W-30 – 9,3. Использовать ГСМ с более низкой вязкостью может быть опасно. При высоких температурах оно станет жидким, плохо будет смазывать поверхности подшипника турбины. Например, концерн Шкода рекомендует для своих турбированных двигателей заливать масло 0W-40.

Опять, смотрим допуск, Shell Ultra 0W-40 находится в заводском допуске, 0W-30, которое любит лить дилер – 504, небольшое отклонение от допустимого значения заводом-изготовителем моторов. Источник: drive2.ru

Вторым главным критерием масла для турбированных двигателей – периодичность замены. В этом случае не стоит обращать внимание на заводские рекомендации. В большинстве случаев они уходят далеко за 10 тысяч километра пробега. Этого делать нельзя.

Редакция «За рулем» провела испытание масел на разных пробегах. Пришла к выводу, что если мотор и турбина эксплуатируется в теплое время года и не имеют большого износа, то можно придерживаться заявленного заводом интервала замены масла. Если движок и его агрегаты уже «видали виды», то интервал нужно сократить. Вязкость при высоких температурах, которые наблюдаются в турбонагнетателе, при больших пробегах возрастает, что свидетельствует таблица результатов теста:

Рекомендуется на подержанных автомобилях менять масло не реже чем 7-8 тысяч километров. Это будет полезно для двигателя и для турбины. Вы сильно не разоритесь, но срок замены турбинки отодвинете.

Кроме того. Если у вас трассовый пробег, то желательно интервал замены масла в турбомоторах сократить до 5-6 тысяч. Это связано с постоянными нагрузками на турбонагнетатель, постоянным её разогревом. В городе он испытывает меньше нагрузок, так как работает в пол силы.

Важно! При городском пробеге рекомендуется ориентироваться не на километры пройденного пути от замены до замены масла, а на моточасы. Об этом подробно написано здесь.

Газовое оборудование

На турбодвигатели можно ставить газобаллонное оборудование. Есть ограничение. На подобные силовые агрегаты устанавливается только четвертое и пятое поколение ГБО. Более старые модификации устанавливать категорически нельзя. Это связано с невозможностью получить корректную топливовоздушную смесь. Что влечет к детонации и прогару выпускных клапанов и последующему разрушению турбины.

Отличие четвертого от пятого поколения газового оборудования для турбированного двигателя заключается:

1. Использование в 5 модификации более точного оборудования и способа подачи газа. Он поступает к газовым форсункам в жидком виде, в четвертом – в газообразном.
2. Пятое поколение персонализир

2.1 Закон о газе | МЕТЕО 300: Основы атмосферных наук

Щелкните здесь, чтобы увидеть стенограмму вводного видео о законе идеального газа.

Итак, у меня есть бак с бензином. И эти маленькие точки представляют собой частицы газа, которые могут находиться в этом резервуаре. Стрелки я здесь поставил, потому что все эти частицы находятся в постоянном случайном движении. Они похожи на кучку гиперактивных маленьких детей, которые все время сталкиваются друг с другом, ударяются о стенки контейнера и так далее.Итак, у нас есть баллон с бензином. Давайте подумаем о характеристиках, которые мы могли бы использовать для его описания. Итак, одна из вещей, которые мы могли бы сделать, — это сказать, какая у него температура. Помните, что чем выше температура, тем быстрее движутся частицы газа, поэтому температура очень важна, когда мы говорим о газе. Температуру газов всегда следует указывать в Кельвинах. Таким образом, мы могли бы сказать, например, что температура этого парня здесь 313 Кельвина. Вот насколько горячие частицы газа в образце.Когда вы говорите о газе, другой важной характеристикой является давление. Насколько сильно эти частицы газа отскакивают от стенок резервуара? Какое давление они оказывают на них? И мы могли бы измерить их с помощью манометра или чего-то подобного наверху этого резервуара. Можно сказать, что давление для этого составляет 3,18 атм. Это могло быть давлением. И еще одна вещь, о которой мы много говорим, когда речь идет о газе, — это объем. И снова, у меня есть эти буквы, которые сокращают каждую из этих вещей.Объем, V, объем этого бака может быть примерно 95,2 литра. И наконец, посмотрите на эти частицы, которые я нарисовал. Здесь определенное количество газа. А количество газа, которое обозначается маленькой буквой n, обычно указывается в молях, что является удобной мерой того, сколько чего-то у нас есть. Таким образом, можно сказать, что количество газа в этом баллоне составляет 7,5 моль. Теперь, когда у нас есть такой образец газа, будь то баллон, воздушный шар или что-то еще, мы можем описать — мы можем дать ему эти различные характеристики.И оказывается, что также для любого образца газа, зная три из этих характеристик, мы можем выяснить, что такое четвертый. Все, что нам нужно сделать, это знать три. И для этого мы используем уравнение, которое представляет Закон идеального газа. И это записывается как P умноженное на V, давление умноженное на объем, равно n, количество газа, умноженное на R умноженное на T, температуру. Я доберусь до R через секунду. Не беспокойся об этом сейчас. Это будет число, которое мы знаем. Итак, скажем, например, что мы не знаем, что такое давление, но все же знаем температуру, объем и количество газа.Ничего страшного. Мы могли бы взять уравнение, PV равно nRT, и переставить его. Разделите обе стороны на V. Избавьтесь от V. И тогда у нас будет P равно nRT, разделенное на V. Подставьте эти значения, и мы сможем выяснить, какое было давление. Или скажем, что мы знали, какое давление было у конкретной пробы газа. Мы знаем, какая температура была в томе. Но мы не знали, сколько было газа. Мы не знаем, сколько у нас было. Мы могли бы вычислить эту четвертую характеристику, изменив закон идеального газа для n, сократив R и T с одной стороны, переставив его для решения для n.А затем мы можем подсчитать давление, объем и температуру, и мы сможем вычислить количество газа. Другими словами, если мы знаем три из этих характеристик, мы всегда можем определить четвертую. Итак, вы можете спросить себя, так что R — что за R? R — это то, что мы называем константой. Это число, которое мы знаем заранее, не зависит от переменных в нашей проблеме. R, который я собираюсь использовать большую часть времени для видео, составляет 0,0821 литра, умноженного на атм, деленное на градусы Кельвина, умноженные на моль.Теперь обратите внимание, что это дробь. У него есть как верх, так и низ. И это тоже не просто число, а единицы. И проверьте это — единицы на R соответствуют единицам в моей проблеме. Они соответствуют характеристикам, которые я бы использовал. Итак, у меня здесь литры, здесь литры, атм, атм, Кельвин, Кельвин и моль, моль. Вы всегда хотите, чтобы единицы на R совпадали с единицами характеристик в вашей задаче с идеальным газом. Так как вы всегда хотите, чтобы единицы измерения совпадали, существуют также разные значения R, хотя я собираюсь использовать это в основном для видео, которые я делаю.Например, предположим, что вместо атм я использовал давление в миллиметрах ртутного столба. В этом случае я бы не стал использовать здесь R. Я бы хотел использовать здесь R, чтобы единицы совпадали — здесь миллиметры ртутного столба, здесь миллиметры ртутного столба, а число другое — 62,4. Опять же, это то, что я здесь использую. Допустим, вместо миллиметров ртутного столба мне дали мое давление в кПа. Затем я бы использовал это значение R, чтобы единицы совпадали. У меня здесь кПа, здесь кПа и все остальные такие же, так что 8.31 за это. Теперь, как я продолжаю говорить, в большинстве видеороликов, которые я собираюсь делать, я буду использовать этот топ R с банкоматом. Но ваш учитель может попросить вас использовать другой R. В этом нет ничего страшного. Вероятно, это потому, что они дают вам проблемы с разными единицами давления и хотят, чтобы единицы давления совпадали. Так что совсем не беспокойтесь, если вы используете один из этих других R. Установка и решение закона идеального газа точно такие же. Независимо от того, какой из этих R вы используете, это просто вопрос подключения другого R в самом конце.Поэтому независимо от того, какой из них вы используете, вы должны уметь усвоить все эти уроки, и все они должны иметь смысл.

ученых выяснили, как испарить воду быстрее, чем при использовании обычного нагрева

09:53 GMT 11.11.2020 (обновлено 10:45 GMT 11.11.2020) Получить короткий URL

Исследователи из МИФИ, I как часть международной научной группы, создали технологию, которая ускорит опреснение морской воды и повысит эффективность солнечных генераторов.По мнению ученых, новый метод отличается от аналогов использованием недорогих и относительно безопасных наночастиц.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Renewable Energy и International Journal of Heat and Mass Transfer.

Солнечные генераторы, вырабатывающие электричество за счет испарения воды, являются важным элементом многих систем возобновляемой энергетики. По мнению ученых, перспективной считается система, сочетающая мини-паровые турбины с солнечной установкой для опреснения морской воды.Для многих регионов мира такие комбинированные установки могут стать важным источником энергии и воды для сельского хозяйства.

Ученым из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» вместе с коллегами из Норвегии и Китая удалось повысить эффективность солнечной генерации пара на 15-25 процентов. Согласно им, при использовании света водной суспензии светопоглощающих наночастиц можно получить больше пара, чем при обычном кипячении жидкости. Ученые использовали наночастицы графита и оксида железа, чтобы придать воде новые свойства.

«Изучаемый нами эффект был обнаружен в начале 2000-х годов учеными из США и Австралии, но наши коллеги не пошли дальше мелкомасштабных лабораторных экспериментов. Мы серьезно расширили теоретическое описание процесса и нашли способ его применения в промышленных масштабах. Главное преимущество нашей системы в том, что мы не используем дорогостоящие частицы золота и серебра », — сказал Борис Балакин, главный исследователь и приглашенный профессор кафедры теплофизики МИФИ, профессор Западно-норвежского университета прикладных наук.

По мнению авторов, новый метод позволит быстрее опреснять и дезинфицировать соленую воду или сточную воду, используя только концентрированный солнечный свет. Кроме того, эта технология найдет применение в фотодинамической терапии рака и создании систем охлаждения для космической техники, считают ученые.

© Фото: Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ

Ученые придумали, как эффективно опреснять морскую воду солнечным светом

Предполагается, что прототип генератора, разработанный для новой технологии, будет генерировать до 5 кВт энергии на площади испарения в 200 см2 в идеальных условиях, и примерно половину мощности при менее чем идеальных погодных условиях, заявили создатели.

Полученная суспензия наночастиц графита и оксида железа примерно в 250 раз дешевле зарубежных аналогов с использованием наночастиц золота. Более того, как отметили ученые, жидкости не обладают нанотоксичностью из-за постепенной агрегации наночастиц до микронных размеров. Это означает, что после специальных биофизических испытаний такая вода может быть использована в хозяйственных целях без дополнительной очистки.

«Для производства наносуспензий мы используем мелкодисперсные порошки графита и железа, которые перемешиваются в воде с помощью ультразвукового гомогенизатора.Созданный нами прототип включает в себя солнечный концентратор, который автоматически отслеживает движение солнца в течение дня. Все компоненты системы отечественного производства », — сказал Борис Балакин.

Ученые объяснили, что для повышения эффективности установки наносуспензии можно нагревать на входе в парогенератор геотермальным теплом, отводить тепло от компаний или центров обработки данных или тепло от трения от ветряных турбин. В будущем ученые намерены разработать новые составы наножидкостей и прототипы устройств, которые повысят эффективность различных систем возобновляемой энергетики.

Работа поддержана Российским научным фондом, проекты 17-79-10481 и 17-79-10083.

Изменение климата: атмосферный углекислый газ

Глобальный средний атмосферный углекислый газ в 2019 году составлял 409,8 частей на миллион ( частей на миллион, для краткости ) с диапазоном неопределенности плюс-минус 0,1 частей на миллион. Уровни углекислого газа сегодня выше, чем когда-либо за последние 800 000 лет.

Фактически, последний раз количество CO₂ в атмосфере было таким высоким более 3 миллионов лет назад, когда температура составляла 2–3 ° C (3.На 6–5,4 ° F) выше, чем в доиндустриальную эпоху, а уровень моря был на 15–25 метров (50–80 футов) выше, чем сегодня.

Концентрация углекислого газа растет в основном из-за ископаемого топлива, которое люди сжигают для получения энергии. Ископаемые виды топлива, такие как уголь и нефть, содержат углерод, который растения извлекали из атмосферы в процессе фотосинтеза в течение многих миллионов лет; мы возвращаем этот углерод в атмосферу всего за несколько сотен лет. Согласно Состояние климата в 2019 г. от NOAA и Американского метеорологического общества,

С 1850 по 2018 год в результате сжигания ископаемого топлива было выброшено 440 ± 20 Пг C (1 Пг C = 10¹⁵ г C) в виде CO₂ (Friedlingstein et al.2019). Только за 2018 год глобальные выбросы от ископаемого топлива впервые в истории достигли 10 ± 0,5 Пг С / год (Friedlingstein et al.2019). Около половины CO₂, выброшенного с 1850 г., остается в атмосфере. Остальная часть частично растворилась в Мировом океане…. Хотя наземная биосфера в настоящее время также является поглотителем CO из ископаемого топлива, совокупные выбросы CO₂ в результате изменений в землепользовании, таких как вырубка лесов, отменяют его поглощение землей в период 1850–2018 годов (Friedlingstein et al. 2019).

Уровень двуокиси углерода в атмосфере в 2019 году составил 409,8 ± 0,1 ppm, что стало новым рекордом. Это увеличение на 2,5 ± 0,1 частей на миллион по сравнению с 2018 годом, такое же, как увеличение в период с 2017 по 2018 год. В 1960-х годах глобальные темпы роста содержания двуокиси углерода в атмосфере составляли примерно 0,6 ± 0,1 частей на миллион в год. Однако в период с 2009 по 18 год темпы роста составляли 2,3 промилле в год. Годовые темпы увеличения содержания углекислого газа в атмосфере за последние 60 лет примерно в 100 раз быстрее, чем предыдущие естественные приросты, такие как те, которые произошли в конце последнего ледникового периода 11 000-17 000 лет назад.

Сожмите или растяните график в любом направлении, удерживая клавишу Shift при щелчке и перетаскивании. Ярко-красная линия (исходные данные) показывает среднемесячное содержание углекислого газа в обсерватории NOAA Мауна-Лоа на Гавайях в частях на миллион (ppm): количество молекул углекислого газа на миллион молекул сухого воздуха. В течение года значения выше зимой в Северном полушарии и ниже летом. Темно-красная линия показывает годовой тренд, рассчитанный как 12-месячное скользящее среднее.

Почему диоксид углерода имеет значение

Двуокись углерода — это парниковый газ: газ, который поглощает и излучает тепло. Согретые солнечным светом поверхности Земли и океана непрерывно излучают тепловую инфракрасную энергию (тепло). В отличие от кислорода или азота (которые составляют большую часть нашей атмосферы), парниковые газы поглощают это тепло и постепенно выделяют его, как кирпичи в камине после того, как огонь погас. Без этого естественного парникового эффекта средняя годовая температура на Земле была бы ниже нуля, а не около 60 ° F.Но увеличение количества парниковых газов нарушило баланс энергетического баланса Земли, задерживая дополнительное тепло и повышая среднюю температуру Земли.

Двуокись углерода — самый важный из долгоживущих парниковых газов Земли. Он поглощает меньше тепла на молекулу, чем парниковый газ метан или закись азота, но его больше, и он остается в атмосфере намного дольше. И хотя углекислый газ менее распространен и менее эффективен, чем водяной пар, в расчете на одну молекулу на молекулу, он поглощает длины волн тепловой энергии, которых нет у водяного пара, что означает, что он уникальным образом усиливает парниковый эффект.Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере является причиной примерно двух третей общего энергетического дисбаланса, который вызывает повышение температуры Земли.

Другая причина, по которой углекислый газ играет важную роль в системе Земля, заключается в том, что он растворяется в океане, как газировка в банке с газировкой. Он вступает в реакцию с молекулами воды, образуя углекислоту и понижая pH океана. С начала промышленной революции pH поверхностных вод океана упал с 8,21 до 8,10. Это падение pH называется закислением океана .

Падение 0,1 может показаться не очень большим, но шкала pH логарифмическая; снижение pH на 1 единицу означает десятикратное увеличение кислотности. Изменение на 0,1 означает увеличение кислотности примерно на 30%. Повышенная кислотность препятствует способности морских обитателей извлекать кальций из воды для создания своих раковин и скелетов.

Прошлое и будущее Углекислый газ

Естественное увеличение концентрации углекислого газа периодически приводило к повышению температуры Земли во время циклов ледникового периода на протяжении последних миллионов лет или более.Эпизоды тепла (межледниковья) начались с небольшого увеличения солнечного света из-за крошечного колебания оси вращения Земли или ее орбиты вокруг Солнца.

Это немного дополнительного солнечного света вызвало небольшое потепление. По мере того, как океаны нагреваются, они выделяют углекислый газ — как банка газировки, развалившаяся в жаркий летний день. Избыток углекислого газа в атмосфере усилил начальное потепление.

Основываясь на пузырьках воздуха, захваченных в ледяных кернах толщиной в милю (и других палеоклиматических свидетельствах), мы знаем, что во время циклов ледникового периода за последний миллион лет или около того содержание двуокиси углерода никогда не превышало 300 ppm.До начала промышленной революции в середине 1700-х годов среднее количество углекислого газа в мире составляло около 280 частей на миллион.

К моменту начала непрерывных наблюдений в вулканической обсерватории Мауна-Лоа в 1958 году уровень двуокиси углерода в атмосфере уже составлял 315 ppm. 9 мая 2013 года среднесуточное значение двуокиси углерода, измеренное на Мауна-Лоа, впервые за всю историю превысило 400 частей на миллион. Менее чем через два года, в 2015 году, глобальное количество впервые превысило 400 частей на миллион. Если глобальный спрос на энергию продолжит расти и будет удовлетворяться в основном за счет ископаемых видов топлива, к концу этого столетия уровень двуокиси углерода в атмосфере, по прогнозам, превысит 900 ppm.

Подробнее о диоксиде углерода

Наблюдения за двуокисью углерода NOAA

Информационный бюллетень по углеродному циклу

Выбросы диоксида углерода по странам в динамике

Сравнение парниковых газов по их потенциалу глобального потепления

Список литературы

Коллинз, М., Р. Кнутти, Дж. Арбластер, Ж.-Л. Dufresne, T. Fichefet, P. Friedlingstein, X. Gao, W.J. Gutowski, T. Johns, G. Krinner, M. Shongwe, C. Tebaldi, A.J. Уивер и М. Венер, 2013 г .: Долгосрочное изменение климата: прогнозы, обязательства и необратимость.В: Изменение климата 2013: основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Платтнер, М. Тиньор, С.К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П.М. Мидгли (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.

X. Lan, B. D. Hall, G. Dutton, J. Mühle и J. W. Elkins. (2020). Состав атмосферы [в Состояние климата в 2018 г., Глава 2: Глобальный климат].Специальное онлайн-приложение к бюллетеню Американского метеорологического общества, том 101, № 8, август 2020 г.

Люти Д., М. Ле Флок, Б. Берейтер, Т. Блунье, Ж.-М. Барнола, У. Зигенталер, Д. Рейно, Ж. Жузель, Х. Фишер, К. Кавамура и Т.Ф. Stocker. (2008). Рекордная концентрация углекислого газа с высоким разрешением 650 000-800 000 лет назад. Природа , Vol. 453, стр. 379-382. DOI: 10,1038 / природа06949.

Океанографическое учреждение Вудс-Хоул. (2015).Введение в закисление океана. По состоянию на 4 октября 2017 г.

Линдси Р. (2009). Климат и энергетический бюджет Земли. Доступ 4 октября 2017 г.

атмосфера | Национальное географическое общество

Мы живем на дне невидимого океана, называемого атмосферой, слоя газов, окружающих нашу планету. Азот и кислород составляют 99 процентов газов в сухом воздухе, при этом аргон, диоксид углерода, гелий, неон и другие газы составляют мельчайшие порции. Водяной пар и пыль также являются частью атмосферы Земли.У других планет и спутников очень разные атмосферы, а у некоторых вообще нет атмосферы.

Атмосфера настолько обширна, что мы ее почти не замечаем, но ее вес равен слою воды глубиной более 10 метров (34 фута), покрывающему всю планету. Нижние 30 километров (19 миль) атмосферы содержат около 98 процентов ее массы. Атмосфера — воздух — на больших высотах намного тоньше. В космосе нет атмосферы.

Ученые говорят, что многие газы в нашей атмосфере были выброшены в воздух ранними вулканами.В то время вокруг Земли было бы мало или совсем не было свободного кислорода. Свободный кислород состоит из молекул кислорода, не связанных с другим элементом, например углеродом (для образования углекислого газа) или водородом (для образования воды).

Свободный кислород мог быть добавлен в атмосферу примитивными организмами, возможно, бактериями, во время фотосинтеза. Фотосинтез — это процесс, который растение или другой автотроф использует для производства пищи и кислорода из углекислого газа и воды. Позже более сложные формы растительной жизни добавили в атмосферу больше кислорода.Кислород в сегодняшней атмосфере, вероятно, накопился за миллионы лет.

Атмосфера действует как гигантский фильтр, не пропускающий большую часть ультрафиолетового излучения и пропускающий согревающие солнечные лучи. Ультрафиолетовое излучение вредно для живых существ и вызывает солнечные ожоги. С другой стороны, солнечное тепло необходимо для всей жизни на Земле.

Атмосфера Земли имеет слоистую структуру. От земли к небу слоями являются тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера.Другой слой, называемый ионосферой, простирается от мезосферы до экзосферы. За пределами экзосферы находится космическое пространство. Границы между слоями атмосферы четко не определены и меняются в зависимости от широты и сезона.

Тропосфера

Тропосфера — это самый нижний слой атмосферы. В среднем тропосфера простирается от земли примерно до 10 километров (6 миль) в высоту, от примерно 6 километров (4 миль) на полюсах до более 16 километров (10 миль) на экваторе.Верх тропосферы летом выше, чем зимой.

Почти вся погода развивается в тропосфере, потому что она содержит почти весь водяной пар атмосферы. В тропосфере образуются облака, от низколежащих туманов до грозовых облаков и высотных перистых облаков. Воздушные массы, области систем высокого и низкого давления, перемещаются ветрами в тропосфере. Эти погодные системы приводят к ежедневным изменениям погоды, а также к сезонным погодным условиям и климатическим системам, таким как Эль-Ниньо.

Воздух в тропосфере становится разреженным с увеличением высоты. Например, на вершине Эвереста в Непале молекул кислорода меньше, чем на пляже на Гавайях. Вот почему альпинисты часто используют баллоны с кислородом при восхождении на высокие вершины. Из-за разреженного воздуха вертолетам трудно маневрировать на больших высотах. Фактически, вертолет не мог приземлиться на Эверест до 2005 года.

По мере того, как воздух в тропосфере становится разреженным, температура понижается. Вот почему на вершинах гор обычно намного холоднее, чем в долинах под ними.Ученые думали, что температура продолжает падать по мере увеличения высоты за пределами тропосферы. Но данные, собранные с помощью метеозондов и ракет, показали, что это не так. В нижних слоях стратосферы температура остается почти постоянной. По мере увеличения высоты в стратосфере температура фактически увеличивается.

Солнечное тепло легко проникает в тропосферу. Этот слой также поглощает тепло, которое отражается от земли в процессе, называемом парниковым эффектом. Парниковый эффект необходим для жизни на Земле.Наиболее распространенные парниковые газы в атмосфере — это углекислый газ, водяной пар и метан.

Быстро движущиеся высокогорные ветры, называемые реактивными потоками, кружат вокруг планеты около верхней границы тропосферы. Реактивные потоки чрезвычайно важны для авиационной отрасли. Самолеты экономят время и деньги, летая в реактивных струях, а не в нижней тропосфере, где воздух гуще.

Стратосфера
Тропосфера имеет тенденцию к внезапным и резким изменениям, но стратосфера спокойна.Стратосфера простирается от тропопаузы, верхней границы тропосферы, до примерно 50 километров (32 миль) над поверхностью Земли.

В стратосфере дуют сильные горизонтальные ветры, но с небольшой турбулентностью. Это идеально подходит для самолетов, которые могут летать в этой части атмосферы.

Стратосфера очень сухая, а облака редки. Те, что формируются, тонкие и тонкие. Их называют перламутровыми облаками. Иногда их называют перламутровыми облаками, потому что их цвета похожи на цвета внутри раковины моллюска.

Стратосфера имеет решающее значение для жизни на Земле, потому что она содержит небольшое количество озона, формы кислорода, которая предотвращает попадание вредных ультрафиолетовых лучей на Землю. Область в стратосфере, где находится эта тонкая оболочка из озона, называется озоновым слоем. Озоновый слой стратосферы неравномерен и тоньше около полюсов. Количество озона в атмосфере Земли неуклонно сокращается. Ученые связывают использование химических веществ, таких как хлорфторуглероды (CFC), с разрушением озонового слоя.

Мезосфера

Мезосфера простирается от стратопаузы (верхней границы стратосферы) до примерно 85 километров (53 миль) над поверхностью Земли. Здесь снова начинают падать температуры.

В мезосфере самые низкие температуры в атмосфере, опускающиеся до -120 градусов по Цельсию (-184 градуса по Фаренгейту, или 153 кельвина). В мезосфере также находятся самые высокие облака атмосферы. В ясную погоду их иногда можно увидеть как серебристые пучки сразу после захода солнца.Их называют серебристыми облаками или сияющими ночью облаками. Мезосфера настолько холодная, что серебристые облака на самом деле представляют собой замороженный водяной пар — ледяные облака.

Падающие звезды — огненное выгорание метеоров, пыли и камней из космоса — видны в мезосфере. Большинство падающих звезд размером с песчинку сгорают перед попаданием в стратосферу или тропосферу. Однако некоторые метеориты размером с гальку или даже валун. Их внешние слои горят, когда они мчатся через мезосферу, но они достаточно массивны, чтобы провалиться через нижние слои атмосферы и упасть на Землю в виде метеоритов.

Мезосфера — наименее изученная часть атмосферы Земли. Она слишком высока для работы самолетов или метеозондов, но слишком низка для космических аппаратов. Зондирующие ракеты предоставили метеорологам и астрономам единственные важные данные об этой важной части атмосферы. Зондирующие ракеты — это беспилотные исследовательские инструменты, которые собирают данные во время суборбитальных полетов.

Возможно, из-за того, что мезосфера так мало изучена, она является домом для двух метеорологических загадок: спрайтов и эльфов.Спрайты — это красноватые вертикальные электрические разряды, которые появляются высоко над грозами, в верхних слоях стратосферы и мезосферы. Эльфы — это тусклые, галообразные разряды, которые появляются еще выше в мезосфере.

Ионосфера

Ионосфера простирается от верхней половины мезосферы до экзосферы. Этот атмосферный слой проводит электричество.

Ионосфера названа в честь ионов, созданных энергичными частицами солнечного света и космического пространства.Ионы — это атомы, в которых количество электронов не равно количеству протонов, что придает атому положительный (меньше электронов, чем протонов) или отрицательный (больше электронов, чем протонов) заряд. Ионы создаются в виде мощных рентгеновских лучей, а ультрафиолетовые лучи сбивают электроны с атомов.

Ионосфера — слой свободных электронов и ионов — отражает радиоволны. Гульельмо Маркони, «отец беспроводной связи», помог доказать это в 1901 году, когда отправил радиосигнал из Корнуолла, Англия, в Сент-Джонс, Ньюфаундленд, Канада.Эксперимент Маркони показал, что радиосигналы не распространяются по прямой линии, а отражаются от атмосферного слоя — ионосферы.

Ионосфера разбита на отдельные слои, называемые слоями D, E, F1 и F2. Как и все другие части атмосферы, эти слои меняются в зависимости от сезона и широты. На самом деле изменения в ионосфере происходят ежедневно. Слой с низким D, который поглощает высокочастотные радиоволны, и слой E фактически исчезают ночью, что означает, что радиоволны могут достигать более высоких уровней в ионосфере.Вот почему радиостанции AM могут каждую ночь увеличивать радиус действия на сотни километров.

Ионосфера также отражает частицы солнечного ветра, потока сильно заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем. Эти электрические дисплеи создают полярные сияния (световые дисплеи), называемые северным и южным сиянием.

Термосфера

Термосфера — самый толстый слой атмосферы. Здесь находятся только легчайшие газы — в основном кислород, гелий и водород.

Термосфера простирается от мезопаузы (верхней границы мезосферы) до 690 километров (429 миль) над поверхностью Земли. Здесь тонко рассеянные молекулы газа поглощают рентгеновское и ультрафиолетовое излучение. Этот процесс поглощения разгоняет молекулы в термосфере до больших скоростей и высоких температур. Температура в термосфере может подняться до 1500 градусов по Цельсию (2732 градуса по Фаренгейту, или 1773 кельвина).

Хотя температура очень высокая, тепла мало.Как такое возможно? Тепло создается, когда молекулы возбуждаются и передают энергию от одной молекулы к другой. Нагревание происходит в зоне высокого давления (представьте себе кипящую воду в кастрюле). Поскольку в термосфере очень мало давления, теплопередача незначительна.

Космический телескоп Хаббла и Международная космическая станция (МКС) вращаются вокруг Земли в термосфере. Хотя термосфера является вторым по высоте слоем атмосферы Земли, работающие здесь спутники находятся на «низкой околоземной орбите».”

Экзосфера

Область колебаний между термосферой и экзосферой называется турбопаузой. Самый нижний уровень экзосферы называется экзобазой. На верхней границе экзосферы ионосфера сливается с межпланетным пространством или пространством между планетами.

Экзосфера расширяется и сжимается при контакте с солнечными бурями. Во время солнечных бурь частицы выбрасываются в космос в результате взрывных событий на Солнце, таких как солнечные вспышки и корональные выбросы массы (CME).

Солнечные бури могут сжимать экзосферу до высоты всего 1000 километров (620 миль) над Землей. Когда солнце спокойно, экзосфера может простираться на 10 000 километров (6214 миль).

Водород, самый легкий элемент во Вселенной, доминирует в тонкой атмосфере экзосферы. Присутствуют только следовые количества гелия, двуокиси углерода, кислорода и других газов.

Многие метеорологические спутники вращаются вокруг Земли в экзосфере. Нижняя часть экзосферы включает низкую околоземную орбиту, а средняя околоземная орбита находится выше в атмосфере.

Верхняя граница экзосферы видна на спутниковых снимках Земли. Это нечеткое синее освещение, которое окружает Землю, называется геокорона.

Внеземные атмосферы

У всех планет в нашей солнечной системе есть атмосферы. Большинство этих атмосфер радикально отличаются от земных, хотя содержат многие из тех же элементов.

В солнечной системе есть два основных типа планет: планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс) и газовые гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун).

Атмосфера планет земной группы в чем-то похожа на атмосферу Земли. Атмосфера Меркурия содержит только тонкую экзосферу, в которой преобладают водород, гелий и кислород. Атмосфера Венеры намного толще, чем у Земли, что мешает четкому обзору планеты. В его атмосфере преобладает углекислый газ и кружатся облака серной кислоты. В атмосфере Марса также преобладает углекислый газ, хотя, в отличие от Венеры, она довольно тонкая.

Газовые гиганты состоят из газов.Их атмосфера почти полностью состоит из водорода и гелия. Присутствие метана в атмосферах Урана и Нептуна придает планетам ярко-синий цвет.

В нижних слоях атмосферы Юпитера и Сатурна облака из воды, аммиака и сероводорода образуют четкие полосы. Быстрый ветер отделяет полосы светлого цвета, называемые зонами, от полос темного цвета, называемых поясами. Другие погодные явления, такие как циклоны и молнии, создают закономерности в зонах и поясах. Большое красное пятно Юпитера — это многовековой циклон, который является крупнейшим штормом в Солнечной системе.

Спутники некоторых планет имеют собственные атмосферы. Самый большой спутник Сатурна, Титан, имеет плотную атмосферу, состоящую в основном из азота и метана. То, как солнечный свет расщепляет метан в ионосфере Титана, помогает придать Луне оранжевый цвет.

Большинство небесных тел, включая все астероиды в поясе астероидов и нашу собственную луну, не имеют атмосферы. Отсутствие атмосферы на Луне означает, что на ней нет погоды. Из-за отсутствия ветра или воды, которые могли бы их разрушить, многие кратеры на Луне существовали сотни и даже тысячи лет.

Структура атмосферы небесного тела и ее состав позволяют астробиологам строить предположения о том, какой вид жизни может поддерживать планета или луна. Таким образом, атмосфера является важным маркером в освоении космоса.

Атмосфера планеты или луны должна содержать определенные химические вещества, чтобы поддерживать жизнь в том виде, в каком мы ее знаем. Эти химические вещества включают водород, кислород, азот и углерод. Хотя Венера, Марс и Титан имеют похожие атмосферные газы, в Солнечной системе нет нигде, кроме Земли, с атмосферой, способной поддерживать жизнь.Атмосфера Венеры слишком плотная, Марса слишком тонкая, а Титана слишком холодная.

Как и почему производительность SRI отличается от традиционных стратегий

Envestnet приобретает Yodlee

Для немедленного выпуска Envestnet для приобретения Yodlee Комбинация ускоряет трансформацию финансовых технологий, обеспечивая лучшие отношения и большую жизненную ценность за счет подключения финансовых